Стеновые керамические материалы

^{Рис. 8. Туннельное сушило}

5. Обжиг.

В технологии керамического кирпича обжиг является завершающей и наиболее ответственной стадией его изготовления. В процессе обжига формируются наиболее важные свойства керамического материала, определяющие его техническую ценность: прочность, плотность, водостойкость, морозостойкость и др. Пороки обжига являются необратимыми дефектами в изделии. Они не поддаются последующему устранению и потому в большинстве случаев дефекты обжига определяют качество готовой продукции — сортность и количество брака. Велико также влияние результатов обжига на экономику производства. Об этом свидетельствуют довольно значительные удельные весовые расходы топлива, которые в пересчете на 1 т готовой продукции составляют в среднем для стеновой керамики 45 кг. Суммарные затраты на обжиг достигают 35— 40%, а потери от брака — почти  10% себестоимости товарной продукции.

Квалифицированное ведение обжига требует знания тех  изменений, которые происходят в керамической массе при этом процессе, и знания закономерностей, которые управляют процессом формирования конечных свойств керамического черепка. Все это составляет основу теории обжига.

Обжигают высушенный кирпич в туннельных печах (рис.9.): сырец, уложенный на вагонетки, непрерывно движется вдоль печи навстречу горячим газам и последовательно проходит зоны подогрева, обжига и охлаждения.

При воздействии  высоких температур на глинистые  материалы в них происходят сложные физические, химические и физико-химические изменения. В начале нагревания при 100... 150 °С удаляется физически связанная вода, при 350...400 °С выгорают органические примеси, при 300...900 °С удаляется химически связанная (кристаллизационная и цеолитная) вода, причем глинистые минералы разрушаются и глина переходит в аморфное состояние.

Обжиг кирпича из легкоплавкого сырья ведут при 900... 1000 °С, из тугоплавкого - при 1100... 1200 °С. В процессе обжига протекают последовательно реакции в твердой фазе, собственно жидкофазное спекание и кристаллизация новообразований. Жидкофазное спекание или образование расплавов в обжигаемых изделиях по мере повышения температуры является наиболее важным процессом, в результате которого керамическая масса переходит в керамический черепок.

 
                  ^{Рис. 9. Туннельная печь:}

^{1  — корпус  печи;  2 —  вагонетка}

 

6. Сортировка  и хранение.

При выгрузке из печи керамические изделия сортируют. Качество изделий устанавливают по степени обжига, внешнему виду, форме, размерам, а также по наличию в них различных дефектов. По степени обжига они могут быть разделены на изделия нормального обжига, недожог (кирпич алого цвета, характеризуется низкими прочностью, водо- и морозостойкостью) и пережог (кирпич фиолетово-бурого цвета с оплавленной поверхностью). Сортность изделий устанавливают по внешнему виду, форме, размерам и наличию дефектов в соответствии с требованиями ГОСТа.

При механизированной погрузке, разгрузке и транспортировании используют деревометаллические поддоны, на которые кирпич укладывают на ребро с перевязкой или «в елочку» (с наклоном в 45° к центру пакета). Чтобы уложить кирпич «елочкой», к торцам поддона прибивают треугольные бруски. Без поддонов кирпич перевозят уложенным в штабель с перевязкой; перевозить навалом запрещается, так как при этом много кирпича бьется. Хранят поддоны с кирпичом на открытых площадках, желательно в полиэтиленовой упаковке.

Кирпич керамический рядовой применяют для кладки внутренних и наружных стен, столбов, сводов и других частей зданий там, где необходима высокая прочность.

Кирпич полусухого прессования нельзя применять для  кладки цоколей, фундаментов и наружных стен влажных помещений.

 

6. Основные свойства продукции.

Основные свойства керамических стеновых материалов —  механическая прочность, объемная масса  и плотность, водопоглощение, морозостойкость  — регламентированы соответствующими стандартами. Эти свойства в значительной степени зависят от пористости и показателя плотности изделий.

Прочностью материала называется его способность сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим в результате действия внешних сил (нагрузок).

Кирпич хорошо сопротивляется сжатию, хуже — растяжению. Поэтому его применяют в конструкциях, работающих на сжатие.

Прочность кирпича  характеризуется пределом прочности  при сжатии и изгибе. Пределом прочности кирпича называют напряжение, соответствующее нагрузке, при которой он разрушается.

В кладке кирпич испытывает напряжение не только на сжатие, но и на изгиб. Поэтому стандартами регламентирован также предел прочности кирпича на изгиб.

Предел  прочности при сжатии или растяжении R, Па, рассчитывают по формуле:

R = Fразр/A,                           

где Fpaзp - разрушающая нагрузка, Н; А - площадь первоначального сечения образца в плоскости, перпендикулярной действию нагрузки, м².

Предел  прочности при изгибе образца прямоугольного сечения и при одной сосредоточенной нагрузке в середине пролета определяют по выражению

Rизг=3Fl/2bh²   

 где F — разрушающая нагрузка, Н; l - расстояние между опорами, м; b, h - ширина и высота поперечного сечения образца, м.

Объемной массой называется масса единицы объема материала в естественном состоянии, т. е. вместе с порами и пустотами. Если кирпич или камни имеют специальные пустоты, то различают объемную массу брутто без вычета объема пустот и объемную массу нетто с вычетом пустот.

Объемную массу  брутто изделия вычисляют по его  внешним размерам, и она зависит от количества пустот и объемной массы материала керамики.

Объемную массу  образца ту вычисляют по формуле:

где т — масса образца, высушенного до постоянной массы, кг; V —объем образца, м³.

Объемная масса  полнотелых керамических стеновых материалов колеблется в пределах 1300—1800 кг/м³.

Плотностью называется отношение массы материала к его объему без пор и пустот. Плотность керамических изделий колеблется в пределах 2200—2500 кг/м³. Плотность ρ вычисляют по формуле:

где т — масса (навеска) материала, высушенного до постоянной массы, кг; V — объем материала без пор и пустот, м³.

Показатель плотности материала — это степень заполнения его объема твердым веществом, из которого состоит данный материал. Определяют показатель плотности материала Ρ как отношение объемной массы к плотности материала.

Плотность керамических стеновых материалов всегда меньше 100% вследствие большего или меньшего количества пор. По плотности можно определить пористость материала.

Пористость материала — это степень заполнения его объема порами. Пористость Π определяют по формуле

 

где — плотность, ; V — объем материала порами и пустотами, м3.

По величине пористость является дополнением плотности  до единицы или до 100%· Показатель пористости определяют по формуле:

Водопоглощение — это способность материала впитывать и удерживать в своих порах воду. Оно характеризуется количеством воды, которое поглощает сухой материал при погружении и выдерживании в воде, отнесенным к массе сухого материала (массовое водопоглощение или к объему материала в сухом состоянии (объемное водопоглощение ). Водопоглощение вычисляют по формулам:

 

где — масса образца в насыщенном водой состоянии, г;          —

масса образца  в сухом состоянии, г; V — объем образца в сухом состоянии, см³.

Керамические  стеновые материалы должны иметь водопоглощение в пределах не менее 8%.

Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности.

Морозостойкость характеризует срок службы материала.

 

7. Технико-экономические показатели.

Большие запасы повсеместно распространенного сырья, сравнительная простота технологии и высокая долговечность керамических материалов выдвинули их на одно из первых мест среди других строительных материалов. Основным стеновым материалом до сих пор остается штучный кирпич, составляющий в общем балансе стеновых материалов до 50%.

Структура производственных затрат в промышленности строительной керамики характеризуется большой  трудоемкостью вследствие невысокого уровня механизации производства. Удельный вес заработной платы в среднем по промышленности строительной керамики составляет 38%, а в целом по промышленности — 18,6% себестоимости продукции. Резервы снижения себестоимости продукции являются весьма значительными.

Значительного снижения расхода энергоресурсов —  топлива и электроэнергии — достигают применением метода бескапсельного обжига и радиационных сушил и при использовании в качестве топлива природного газа.

Большое значение для экономики керамических материалов имеет снижение затрат на топливо, расход которого весьма значителен.

Дефекты керамических строительных материалов (трещиноватость изделий, неоднородность цветовых тонов  и др.) являются, прежде всего, результатом нарушения режимов теплоскоростной обработки изделий. В печах, где топливо непосредственно соприкасается с обжигаемой продукцией, загрязняется уносами и условия труда при выгрузке изделий из печей тяжелые. Чистка газоходов и каналов в сушильных устройствах и печах при работе на твердом топливе является трудоемким процессом.

Большое народнохозяйственное значение имеет перевод керамической промышленности на наиболее эффективные виды топлива, в частности на нефтяное топливо и природный газ. Последнее позволяет снизить удельные расходы топлива, устранить расход тепла на сушку самого топлива и потери при его транспортировании и сжигании, улучшить условия труда, создать более благоприятные условия автоматического регулирования тепловых процессов.

Расход рабочей  силы на выработку кирпича зависит  от объема и способа производства.

Обычно на изготовлении сырца работает бригада в составе семи человек: на обработке глины — два человека, на подноске глины к формовщику — один человек, на формовке — один человек, на укладке сырца для сушки — два человека и на прочих работах — один человек. За рабочий день бригада вырабатывает около 4,5 тыс. шт. сырца.

Расход воды на замочку глины зависит от карьерной  влажности глины и от ее жирности. В среднем можно считать, что  на замочку 1 м³ глины требуется 10—15 ведер воды. При механизированном производстве кирпича на 1000 шт. сырца расходуется около 650 л. воды. 
Расход топлива зависит от вида топлива и способа обжига. На обжиг 1000 шт. кирпичей в напольных печах, по нормам бывшего Министерства стройматериалов, требуется 301,5 кг условного топлива или около 350 кг антрацитового штыба, 820 кг торфа, около 780 кг дров (что соответствует 1,5—2 м3 дров влажностью 30%). При использовании агрегата СМ-296А необходимо иметь двигательную энергию мощностью 20 кВт. Поскольку агрегат может выпускать до 1500 шт. сырца в час, удельный расход энергии составит 13,3 кВт/ч на 1000 шт. сырца.

Себестоимость 1000 шт. кирпича составляет в среднем 9000 руб. Выработка кирпича на одного работающего на современных высокомеханизированных заводах равен 300—400 тыс. шт. кирпича в год на одного работающего.

 

8. Заключение.

Несмотря на появившееся в последнее время  большое число различных новых  для России строительных материалов, керамический кирпич как стеновой материал продолжает широко использоваться в  строительстве.

Кирпич - один из самых экологически чистых и долговечных в эксплуатации стеновых материалов, что обусловливает его прочные позиции. Бурный рост строительства, который наблюдается в течение последних нескольких лет, вызвал необходимость увеличения производства кирпича, причем как для облицовки зданий, так и рядового для внутренних кладочных работ.

Такая потребность  в кирпиче привела к строительству  новых и реконструкции существующих кирпичных заводов.

Керамические материалы  – самые древние из всех искусственных  каменных материалов. Черепки грубых горшечных изделий находят на месте поселений, относящихся к каменному веку. Возраст керамического кирпича как строительного материала более 5000 лет.

Сырьевыми материалами  для производства керамических изделий  являются каолины и глины, применяемые  в чистом виде, а чаще – в смеси с добавками (отощающими, порообразующими, плавнями, пластификаторами и др.) Под каолинами и глинами понимают природные водные алюмосиликаты с различными примесями, способные при замешивании с водой образовывать пластичное тесто, которое после обжига необратимо переходит в камнеподобное состояние.

По плотности и техническим  свойствам керамические кирпичи  и камни делят на три группы: первая – эффективные плотностью не более 1400 – 1450 кг/м3 с высокими теплозащитными свойствами; вторая – условно-эффективные плотностью 1450 – 1600 кг/м3; третья – обыкновенный кирпич плотностью свыше 1600 кг/м3.

Кирпич не должен иметь  механических повреждений и сквозных трещин. Кирпич должен быть нормально  обожжен; кирпич недожженный и пережженный  – брак. После обжига кирпич должен соответствовать цвету эталона нормально обожженного кирпича. Не допускаются известковые включения (дутики), вызывающие разрушение кирпича.

В зависимости от предела  прочности при сжатии кирпич делят  на марки: 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300. Плотность сплошного кирпича 1600 – 1900 кг/м3, его теплопроводность 0,7 – 0,82 Вт/(м * С). Водопоглощение кирпича выше марки 150 должно быть не менее 6 %, кирпича других марок не менее 8 %. Это требование обеспечивает определенную пористость кирпича, иначе он станет слишком теплопроводен и будет плохо сцепливаться со строительным раствором. Морозостойкость кирпича не менее 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания; предусмотрены и более высокие марки морозостойкости: Мрз 25, Мрз 35, Мрз 50.